[發明專利]一種具有載流子存儲效應的超結IGBT

有效

• 申請號: 201711445708.8
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108198851B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 黃銘敏
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/08;H01L29/10;H01L29/423;H01L29/739
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本發明提供了一種超結IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）器件，其耐壓層中第二導電類型的半導體區通過一個基極開路的雙極型晶體管與發射極相連接，所述基極開路的雙極型晶體管以及所述耐壓層中第二導電類型的半導體區通過一個槽型柵極結構與基區隔離，所述基極開路的雙極型晶體管和所述槽型柵極結構也構成了一個襯底浮空的MISFET（Metal?Insulator?Semiconductor Field Effect Transistor，金屬?絕緣體?半導體場效應晶體管），所述槽型柵極結構的電極可以與柵極或發射極相連。在正向導通時，所述基極開路的雙極型晶體管可以幫助增強耐壓區中的載流子存儲效應，從而降低導通壓降。

技術領域

本發明屬于半導體器件，特別是功率半導體器件。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是一種應用廣泛的功率半導體器件。超結是n柱區/p柱區交替排列的耐壓結構，它可以使n柱區與p柱區在較高的摻雜濃度情形下仍可獲得較高的擊穿電壓。與普通IGBT相比，當超結應用到IGBT中時(即超結IGBT)，n柱區/p柱區形成的pn結可以在關斷過程中更快速地耗盡，因而超結IGBT可獲得更快的關斷速度(或更低的關斷功耗)。然而，在導通態下，從p型集電區注入到n柱區的少子空穴很容易被p柱區收集，進入p型基區，并流入發射極，因而少子空穴在耐壓區中(特別是耐壓區頂部)的存儲效果比較弱，這會增加導通壓降(或增加導通態功耗)。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超結絕緣柵雙極型晶體管器件，相比于傳統超結IGBT，本發明提供的超結IGBT器件在耐壓區中的少數載流子存儲效應更強，導通壓降更低。

本發明提供一種超結絕緣柵雙極型晶體管器件，其元胞結構包括：耐壓層(由31和41構成)，與所述耐壓層(由31和41構成)的一面相接觸的集電結構(由10和20構成)，與所述耐壓層(由31和41構成)的另一面相接觸的第二導電類型的基區50，與所述基區50至少有部分接觸的重摻雜的第一導電類型的發射區51，與所述發射區51、所述基區50以及所述耐壓層(由31和41構成)均接觸的用于控制器件導通與關斷的柵極結構(由53和60構成)，覆蓋于所述集電結構(由10和20構成)的導體1形成的集電極C，覆蓋于所述發射區51和所述基區50的導體2形成的發射極E，覆蓋于所述用于控制器件導通與關斷的柵極結構(由53和60構成)的導體3形成的柵極G，其特征在于：

所述被發射極E覆蓋的基區50至少有部分是重摻雜的第二導電類型的半導體區52，以便形成歐姆接觸；

所述集電結構(由10和20構成)由至少一個第二導電類型的集電區10與至少一個第一導電類型的緩沖區20構成，所述緩沖區20與所述耐壓層(由31和41構成)相接觸，所述集電區10與所述集電極C直接接觸；

所述耐壓層(由31和41構成)由至少一個第一導電類型的半導體區31與至少一個第二導電類型的半導體區41構成，所述耐壓層中的第一導電類型的半導體區31與所述耐壓層中的第二導電類型的半導體區41相互接觸，其形成的接觸面垂直或近似垂直于所述緩沖區20和所述基區50和/或所述柵極結構(由53和60構成)；

所述耐壓層(由31和41構成)與所述緩沖區20可以是直接接觸，也可以是通過一個第一導電類型的輔助層21間接接觸；

所述用于控制器件導通與關斷的柵極結構(由53和60構成)包括至少一個絕緣介質層60和至少一個導體區53，所述絕緣介質層60與所述發射區51、所述基區50以及所述耐壓層(由31和41構成)均直接接觸；所述導體區53與所述絕緣介質層60直接接觸，并通過所述絕緣介質層60與其它半導體區相隔離，所述導體區53與所述柵極G直接接觸；